探秘智能農(nóng)植園

包士娟 江蘇省江陰市要塞實(shí)驗(yàn)小學(xué)

●教學(xué)內(nèi)容

本課是小學(xué)信息技術(shù)六年級的內(nèi)容，主要分為兩個(gè)部分：一是對智能農(nóng)植園系統(tǒng)的了解，重點(diǎn)是對信息采集系統(tǒng)和控制設(shè)備系統(tǒng)的介紹。這兩個(gè)系統(tǒng)既相互獨(dú)立又具有一定的邏輯關(guān)系，對生長環(huán)境各類數(shù)據(jù)和植物生長狀況等信息數(shù)據(jù)的采集是基礎(chǔ)，而通過控制設(shè)備的操控和智能化管理是核心。因此，可依托學(xué)校勞動教育實(shí)踐基地，帶領(lǐng)學(xué)生參觀，使其對智能農(nóng)植園有感官認(rèn)識；也可通過感知教育基地群平臺，將不同區(qū)域的微型智能農(nóng)植園互聯(lián)互通，使探究活動和異地合作變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。二是在對智能感知設(shè)備了解的基礎(chǔ)上，學(xué)以致用，小組合作設(shè)計(jì)智能農(nóng)植園，畫出設(shè)計(jì)圖，分享設(shè)計(jì)想法，后續(xù)并完善實(shí)施方案。

●學(xué)情分析

學(xué)習(xí)對象是小學(xué)六年級的學(xué)生，學(xué)生對基礎(chǔ)種植、傳感設(shè)備有一定了解，但對智能農(nóng)植園系統(tǒng)架構(gòu)認(rèn)識不足。此外，他們對植物生長的影響因素有籠統(tǒng)認(rèn)識，但對植物生長的精準(zhǔn)管理缺少經(jīng)驗(yàn)。

●設(shè)計(jì)理念

1.融合人工智能與勞動教育，提升核心素養(yǎng)

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中的人工智能和跨學(xué)科項(xiàng)目涉及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，《義務(wù)教育勞動課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中的生產(chǎn)勞動任務(wù)群中包含現(xiàn)代農(nóng)業(yè)相關(guān)主題的學(xué)習(xí)，這兩者都同時(shí)指向了學(xué)生關(guān)鍵能力——問題解決能力的培養(yǎng)。通過勞動中的問題解決過程，使學(xué)生理解人工智能。

2.建構(gòu)學(xué)習(xí)共同體，形成教育合力

以“智能農(nóng)植園”為載體，學(xué)校充分挖掘校內(nèi)數(shù)字種植園的特色資源，并引進(jìn)校外專業(yè)種植基地以及物聯(lián)網(wǎng)科技公司作為技術(shù)顧問，多方合力，形成跨地區(qū)跨專業(yè)的教師指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)，為學(xué)習(xí)活動提供幫助。

3.倡導(dǎo)多種實(shí)踐方式，強(qiáng)調(diào)知行合一

強(qiáng)調(diào)學(xué)生直接體驗(yàn)和親身參與，注重動手實(shí)踐、手腦并用，知行合一、學(xué)創(chuàng)融通，本課的學(xué)習(xí)方式有查閱網(wǎng)絡(luò)信息、實(shí)踐操作APP、繪制智能農(nóng)植園設(shè)計(jì)圖。倡導(dǎo)“做中學(xué)”“學(xué)中做”，激發(fā)學(xué)生參與勞動的主動性、積極性和創(chuàng)造性，注重引導(dǎo)學(xué)生通過設(shè)計(jì)、制作、探究等方式獲得豐富的體驗(yàn)。

●設(shè)計(jì)思路（如圖1）

圖1

●教學(xué)目標(biāo)

信息意識：結(jié)合植物生長因素，聚焦核心問題“怎樣實(shí)現(xiàn)植物生長的精準(zhǔn)監(jiān)測”？通過自學(xué)、討論、圖示解讀等形式認(rèn)識智能農(nóng)植園，為解決問題做鋪墊，提高對信息的敏感度和對價(jià)值的判斷力。

數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新：借助網(wǎng)站瀏覽、體驗(yàn)“感知生長”APP，了解自動灌溉、延時(shí)攝影、視頻監(jiān)控等智能設(shè)備工作原理，發(fā)現(xiàn)控制設(shè)備的智能管理是關(guān)鍵之一。關(guān)注新概念的學(xué)習(xí)，能根據(jù)問題解決需要，探究實(shí)現(xiàn)方法，形成理解，并設(shè)計(jì)創(chuàng)意數(shù)字種植園。

信息社會責(zé)任：積極分享，對新技術(shù)有積極學(xué)習(xí)的態(tài)度、理性判斷和行動的能力。

●教學(xué)重難點(diǎn)

設(shè)計(jì)智能農(nóng)植園方案并能評價(jià)其優(yōu)點(diǎn)與不足。理解智能農(nóng)植園的基本架構(gòu)。

●教學(xué)準(zhǔn)備

多媒體課件、感知生長APP、學(xué)習(xí)單等。

●教學(xué)過程

1.問題驅(qū)動，認(rèn)識智能農(nóng)植園

（1）提問：種過哪些植物？種得怎么樣？種植過程中你最關(guān)心什么？通過問題引發(fā)學(xué)生對生活的關(guān)注，了解學(xué)生在種植中遇到的問題（開花、結(jié)果、害蟲等）。

（2）提問：這些問題可以用什么科技手段來解決呢？師生交流什么是智能，揭示主題。

（3）觀看學(xué)校種植園視頻，思考：視頻中的種植園是如何實(shí)現(xiàn)智能的？數(shù)字種植園有哪些傳感器？作用是什么？

（4）小結(jié)：傳感器負(fù)責(zé)農(nóng)植園里的信息采集，作用是感知信息。生長燈、排氣扇、自動噴淋稱為控制設(shè)備，負(fù)責(zé)根據(jù)感知到的信息做出響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)自動控制，具有智能化。

設(shè)計(jì)意圖：通過生長因素作用，轉(zhuǎn)向（傳統(tǒng)種植）存在的主要問題，使問題起到“橋梁”作用，為后續(xù)解決問題的技術(shù)路徑做鋪墊（感知技術(shù)和智能控制技術(shù)）。讓學(xué)生學(xué)會“提出問題”自始至終是教學(xué)的重中之重。教師通過確立“關(guān)鍵詞”的支架引導(dǎo)，給學(xué)生提供思考問題的“方向”，也降低提問的難度。

2.實(shí)踐體驗(yàn)，感受智能農(nóng)植園

教師通過真實(shí)問題情境“今天出門，學(xué)校農(nóng)植園里的黃瓜忘記澆水”，引出智能種植的作用，并讓學(xué)生體驗(yàn)。

任務(wù)一：手機(jī)APP體驗(yàn)自動灌溉。

學(xué)生體驗(yàn)、閱讀材料，回答問題：自動灌溉系統(tǒng)由哪些設(shè)備組成？是怎樣實(shí)現(xiàn)智能灌溉的？

科學(xué)視窗：智能灌溉工作原理。智能灌溉系統(tǒng)由傳感器、智能網(wǎng)關(guān)、后臺監(jiān)控系統(tǒng)、無線電磁閥以及供水系統(tǒng)等組成。傳感器對土壤的溫濕度等進(jìn)行監(jiān)測并傳送到智能網(wǎng)關(guān)進(jìn)入云中心。來自傳感器的信號通過云中心進(jìn)入手機(jī)終端，手機(jī)終端會對其進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)換。當(dāng)監(jiān)測到的濕度小于設(shè)定數(shù)值時(shí)，無線電磁閥開啟，噴頭以不同角度旋轉(zhuǎn)噴水。同理，當(dāng)監(jiān)測到的濕度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，手機(jī)終端會控制無線電磁閥關(guān)閉，灌溉結(jié)束。（資料來源：百度文庫）

任務(wù)二：瀏覽數(shù)據(jù)，體驗(yàn)植物生長燈的秘密。

打開網(wǎng)絡(luò)云平臺(http://ostdyun.com/info.html?sid=61)，學(xué)生瀏覽網(wǎng)站，探秘智能農(nóng)植園。

思考問題：通過數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)月報(bào)表中哪一天光照最強(qiáng)？當(dāng)光照不足時(shí)，植物生長燈如何補(bǔ)光？

任務(wù)三：觀看視頻，了解延時(shí)攝影的原理。

我們不可能24小時(shí)在植物身邊進(jìn)行觀察，延時(shí)攝影能很好地解決這個(gè)問題。閱讀材料，結(jié)合荷蘭豆生長視頻，想一想：延時(shí)攝影的原理是什么？

小結(jié)：通過瀏覽云平臺，我們知道了生長燈、自動噴淋等控制設(shè)備是根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，對植物生長進(jìn)行智能化管理。信息采集系統(tǒng)是基礎(chǔ)（板書），而控制設(shè)備是核心。

3.設(shè)計(jì)體驗(yàn)，繪制智能農(nóng)植園

動手實(shí)踐：做智能種植園設(shè)計(jì)師。

任務(wù)要求：第一關(guān)信息搜集。請同學(xué)根據(jù)研究內(nèi)容，瀏覽學(xué)案，掌握種植相關(guān)技巧，時(shí)間3分鐘。第二關(guān)方案制訂。3人為一組，借助學(xué)案（如圖2）對智能化農(nóng)植園進(jìn)行設(shè)計(jì)，并輕聲、有序討論，活動時(shí)間10分鐘。

圖2

設(shè)計(jì)意圖：通過學(xué)習(xí)路徑的回顧，再次喚醒或已沉淀的知識點(diǎn)（學(xué)習(xí)明線），同時(shí)協(xié)作建立知識體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。更為重要的是，需要揭示課堂容易忽視的學(xué)習(xí)路徑、遇到的困難和解決之道（學(xué)習(xí)暗線），引發(fā)學(xué)生反思，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的有效提升。

4.點(diǎn)評反饋，評價(jià)智能方案

（1）方案展示：推選小組代表交流、評價(jià)方案。

（2）評價(jià)要點(diǎn)：運(yùn)用了哪些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備？負(fù)責(zé)信息采集的有哪些？負(fù)責(zé)控制的有哪些？設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)是什么？

5.總結(jié)全課，暢享智能農(nóng)植園

（1）教師完善板書，引導(dǎo)學(xué)生整體認(rèn)識智能農(nóng)植園的架構(gòu)。

（2）展望未來農(nóng)業(yè)，激發(fā)學(xué)生的探索欲望。讓科技助力農(nóng)業(yè)，讓智能改變生活。

蒼山點(diǎn)題

義務(wù)教育階段的信息科技課程，無疑開辟了信息課程的新天地，其內(nèi)容與教法都完全與以往的技術(shù)學(xué)習(xí)、知識學(xué)習(xí)不一樣。在教材還沒有出現(xiàn)的情況下，老師們的學(xué)習(xí)、研究出現(xiàn)了相當(dāng)大的空檔現(xiàn)象。為此，我們征集部分已經(jīng)在先期探索的案例供大家探討。需要注意的是，我們要辯證地觀察和再造式研討，因?yàn)檫@并不完全代表新課程未來的課堂常態(tài)，僅是給出更多思路開拓我們的視野。

第一篇文章，從真實(shí)性學(xué)習(xí)活動出發(fā)，讓學(xué)生通過親身參與和體驗(yàn)，使用不同的技能和多種學(xué)科的知識、不同的觀點(diǎn)和視角以及不同的工作方式和思維習(xí)慣來解決現(xiàn)實(shí)世界中的復(fù)雜問題。全文探討了基于真實(shí)學(xué)習(xí)的“CDIE”項(xiàng)目化教學(xué)模式，為學(xué)生搭建適合真實(shí)性學(xué)習(xí)的場域，讓學(xué)生在自我實(shí)現(xiàn)、自我完善、自我超越的過程中提高分析、探究、解決和創(chuàng)新的能力。這在項(xiàng)目學(xué)習(xí)的改造、提升方面具有較好的借鑒價(jià)值，并且對學(xué)習(xí)內(nèi)容超越簡單的知識羅列有很好的啟發(fā)。

第二篇文章，以《探秘智能農(nóng)植園》為課題，結(jié)合勞動教育、跨學(xué)學(xué)習(xí)活動，對人工智能進(jìn)行了“身體歷行”的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，表現(xiàn)出很強(qiáng)的創(chuàng)新特點(diǎn)：一方面，從生活中發(fā)現(xiàn)智能的價(jià)值，體現(xiàn)技術(shù)源于生活服務(wù)于生活，通過在生活中發(fā)現(xiàn)問題，發(fā)現(xiàn)智能種植的便捷，從而為后續(xù)理解智能農(nóng)植園的建構(gòu)奠定基礎(chǔ)，為設(shè)計(jì)智能農(nóng)植園提供了學(xué)習(xí)的支架。另一方面，運(yùn)用智能模型設(shè)計(jì)體驗(yàn)活動，根據(jù)智能農(nóng)植園“體驗(yàn)之旅”，建立“問題—數(shù)據(jù)（信息）—設(shè)備”之間的對應(yīng)關(guān)系，共同完成農(nóng)植園設(shè)施設(shè)備的梳理，綜合感知生長相關(guān)資源和功能等，設(shè)計(jì)符合智能農(nóng)植園標(biāo)準(zhǔn)的種植方案，學(xué)以致用，協(xié)作建構(gòu)智能農(nóng)植園感知生長模型。

義教新課程的路還很長，讓我們多以公益之心分享個(gè)性化創(chuàng)新，用更多一線的力量共建課程美好的未來！